ArrayList
基于数组实现，本质上是对象引用的一个变长数组，能够动态的增加或减小其大小。
不是线程安全的，只能用在单线程环境下。多线程环境下可以考虑用Collection.synchronizedList(List l)函数返回一个线程安全的ArrayList类，也可以使用concurrent并发包下的
CopyOnWriteArrayList类
下面直接贴ArrayList的Java实现，来源JDK1.8.0_25/src.zip。
public class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable{
//实现了RandomAccess接口，支持快速随机访问
//实现了Cloneable接口，能够被克隆
//实现了Serializable接口，支持序列化
private static final long serialVersionUID = 8683452581122892189L;//序列版本号
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 10;//默认初始容量
private static final Object[] EMPTY_ELEMENTDATA = {};//空数组
private static final Object[] DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA = {};//默认空数组
transient Object[] elementData; // 不会被序列化
private int size;//ArrayList实际元素容量
//构造函数1---带容量大小的构造函数
public ArrayList(int initialCapacity) {
if (initialCapacity > 0) {
this.elementData = new Object[initialCapacity];//指定大小数组
} else if (initialCapacity == 0) {
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
} else {
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
}
}
//构造函数2---无参构造函数,不指定大小时，默认构造大小为10的数组
public ArrayList() {
this.elementData = DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA;
}
//构造函数3---构造一个包含指定collection元素的列表，这些元素是按collection迭代器返回他们的顺序排列的
public ArrayList(Collection<? extends E> c) {
elementData = c.toArray();
if ((size = elementData.length) != 0) {
// c.toArray might (incorrectly) not return Object[] (see 6260652)
//http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6260652 可查看bug库
if (elementData.getClass() != Object[].class)
elementData = Arrays.copyOf(elementData, size, Object[].class);
} else {
// replace with empty array.
this.elementData = EMPTY_ELEMENTDATA;
}
}
//将当前容量设为实际容量
public void trimToSize() {
modCount++;//fast-fail机制,访问中如果修改集合会抛出 ConcurrentModificationException 异常
if (size < elementData.length) {
elementData = (size == 0)? EMPTY_ELEMENTDATA: Arrays.copyOf(elementData, size);
}
}
//增加容量为minCapacity
public void ensureCapacity(int minCapacity) {
int minExpand = (elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA)?0:DEFAULT_CAPACITY;
if (minCapacity > minExpand) {
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
}
private void ensureCapacityInternal(int minCapacity) {
if (elementData == DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) {
minCapacity = Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity);
}
ensureExplicitCapacity(minCapacity);
}
private void ensureExplicitCapacity(int minCapacity) {
modCount++;
// overflow-conscious code
if (minCapacity - elementData.length > 0)
grow(minCapacity);
}
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;//可分配的最大容量
//每次重新分配内存时，新的容量为旧的1.5倍
//但是如果分配后超过可以分配的内存范围分配Integer.MAX_VALUE大小 ,则比较要分配的和最大可分配的容量大小,如果大于分配Integer.MAX_VALUE，如果小于，分配最大容量大小
private void grow(int minCapacity) {
// overflow-conscious code
int oldCapacity = elementData.length;
int newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);//设置新的容量 = 原始容量*1.5
if (newCapacity - minCapacity < 0)//增加的容量不够
newCapacity = minCapacity;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
newCapacity = hugeCapacity(minCapacity);
// minCapacity is usually close to size, so this is a win:
elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity);
}
private static int hugeCapacity(int minCapacity) {
if (minCapacity < 0) // overflow
throw new OutOfMemoryError();
return (minCapacity > MAX_ARRAY_SIZE) ?
Integer.MAX_VALUE :
MAX_ARRAY_SIZE;
}
public int size() {
return size;
}
//是否为空
public boolean isEmpty() {
return size == 0;
}
//是否包含指定元素o
public boolean contains(Object o) {
return indexOf(o) >= 0;
}
//返回指定元素位置，若没有返回-1,查找的元素容许为null
public int indexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = 0; i < size; i++)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
//返回最后一次出现的位置，若没有返回-1
public int lastIndexOf(Object o) {
if (o == null) {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)//从后往前查找
if (elementData[i]==null)
return i;
} else {
for (int i = size-1; i >= 0; i--)
if (o.equals(elementData[i]))
return i;
}
return -1;
}
//克隆函数
public Object clone() {
try {
ArrayList<?> v = (ArrayList<?>) super.clone();
v.elementData = Arrays.copyOf(elementData, size);
v.modCount = 0;
return v;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError(e);
}
}
public Object[] toArray() {
return Arrays.copyOf(elementData, size);
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public <T> T[] toArray(T[] a) {
if (a.length < size)
// Make a new array of a's runtime type, but my contents:
return (T[]) Arrays.copyOf(elementData, size, a.getClass());
System.arraycopy(elementData, 0, a, 0, size);
if (a.length > size)
a[size] = null;
return a;
}
// Positional Access Operations
@SuppressWarnings("unchecked")
E elementData(int index) {
return (E) elementData[index];
}
/**
* Returns the element at the specified position in this list.
*
* @param index index of the element to return
* @return the element at the specified position in this list
* @throws IndexOutOfBoundsException {@inheritDoc}
*/
public E get(int index) {
rangeCheck(index);
return elementData(index);
}
public E set(int index, E element) {
rangeCheck(index);
E oldValue = elementData(index);
elementData[index] = element;
return oldValue;
}
public boolean add(E e) {
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
elementData[size++] = e;
return true;
}
//指定位置添加元素，原来位置元素并没有消失，只是后移了一位,即将当前位于该位置的元素以及所有后续元素右移一个位置。
public void add(int index, E element) {
rangeCheckForAdd(index);
ensureCapacityInternal(size + 1); // Increments modCount!!
//将 elementData中从Index位置开始、长度为size-index的元素，拷贝到从下标为index+1位置开始的新的elementData数组中
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1,
size - index);
elementData[index] = element;
size++;
}
//去除指定位置元素,该位置后所有元素前移一位
public E remove(int index) {
rangeCheck(index);
modCount++;
E oldValue = elementData(index);
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
return oldValue;
}
//移除列表首次出现的指定元素,如果不存在返回false
public boolean remove(Object o) {
if (o == null) {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (elementData[index] == null) {
fastRemove(index);
return true;
}
} else {
for (int index = 0; index < size; index++)
if (o.equals(elementData[index])) {
fastRemove(index);
return true;
}
}
return false;
}
private void fastRemove(int index) {
modCount++;
int numMoved = size - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--size] = null; // clear to let GC do its work
}
public void clear() {
modCount++;
// clear to let GC do its work
for (int i = 0; i < size; i++)
elementData[i] = null;
size = 0;
}
public boolean addAll(Collection<? extends E> c) {
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
System.arraycopy(a, 0, elementData, size, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
public boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c) {
rangeCheckForAdd(index);
Object[] a = c.toArray();
int numNew = a.length;
ensureCapacityInternal(size + numNew); // Increments modCount
int numMoved = size - index;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + numNew,
numMoved);
System.arraycopy(a, 0, elementData, index, numNew);
size += numNew;
return numNew != 0;
}
protected void removeRange(int fromIndex, int toIndex) {
modCount++;
int numMoved = size - toIndex;
System.arraycopy(elementData, toIndex, elementData, fromIndex,
numMoved);
// clear to let GC do its work
int newSize = size - (toIndex-fromIndex);
for (int i = newSize; i < size; i++) {
elementData[i] = null;
}
size = newSize;
}
构造方法：
ArrayList的构造方法有3种，参数可以指定容量大小，可以为空（此时会构造一个默认大小为10的空数组），也可以由集合c中的元素来初始化一个数组。
容量增长方法：
关于ArrayList的容量增长方法可以见grow()。ArrayList在每次增加元素时，都要间接调用该方法来确保容量。可分配最大容量为MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8
但是实际最大分配容量可能为 Integer.MAX_VALUE。
在增加元素的过程中，如果当前容量不足以容纳元素，就设置为新的容量为旧的容量的1.5倍左右，以前版本是
newCapacity = (oldCapacity * 3)/2 + 1;JDK1.8采用的方法是:
newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1);主要是移位操作比乘法除法更快一些
如果扩容后的新容量依然不够，则直接设置新容量为传入的参数（minCapacity）。如果扩容后新的容量比容许的最大容量MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8还要大，则不管满不满足要求，设置容量为Integer.MAX_VALUE，这也是前面说容许最大分配容量为MAX_ARRAY_SIZE，但是实际最大分配容量可能为 Integer.MAX_VALUE的原因了。当然，最小分配的容量为默认容量10，即使指定分配容量小于10，也会分配容量10，
说明：
查找元素时，可以查找null元素索引，从源码中可以看到，查找元素时，是区分null和非null的
必须说明的是：扩容后，还要将原来的元素拷贝到一个新的数组中，非常的耗时，因此建议在事先知道元素数量的情况下，才使用ArrayList，否则建议使用LinkedList
ArrayList基于数组实现，那么可以通过下标索引直接查找指定位置的元素，因此查找效率高，但是在插入和删除元素的过程中，要大量移动元素，效率很低。